(Överst) Schematisk bild av fotoniska kristaller bestående av nanorods härledda från bikakegittret sett ovanifrån, och (botten) motsvarande fotoniska band. Fotoniska kristaller erhålls genom att dela de närmaste närliggande nanoroderna i sexkantiga kluster, och vidga (a) eller förminska (c) separationen mellan de sexkantiga klungorna från det ursprungliga bikakegitteret (b), samtidigt som de bibehåller samma form och storlek på hexagonerna. I (c), en bandinversion uppstår mellan de fotoniska p- och d-banden, som genererar topologiska egenskaper i systemet. Kredit:National Institute for Materials Science
WPI-MANA-forskare härleder topologiska fotoniska tillstånd enbart baserade på kisel, vilket kan leda till utveckling av nya funktioner och enheter genom integration med halvledarelektronik
Topologi är ett matematiskt koncept som beskriver sättet att ansluta ett objekt invariant under kontinuerlig deformation. Nyligen, det har påpekats att topologi också kan definieras i elektroniska materialtillstånd, och detta ger en enhetlig och användbar bild för fysiker som beskriver materialens unika egenskaper.
Baserat på en ny metod som de har kallat "topologisk nanoarchitectonics, " Xiao Hu och Long-Hua Wu, som är teoretiker vid International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science (NIMS), belyst en ny princip som får elektromagnetiska vågor inklusive ljus att sprida sig på kanten i en tvådimensionell fotonisk kristall utan att spridas.
Det var känt att spridning av ljus genom defekter i konventionella fotoniska kristaller kan undertryckas i topologiska fotoniska tillstånd, men hittills krävdes speciella material för att skapa topologiska fotoniska kristaller. Dock, MANA -forskarna upptäckte en ny princip som gör det möjligt att förverkliga en topologisk fotonisk kristall genom att bara justera positionerna för isolator- eller halvledarnanoroder i ett bikakegitter, utan att använda något speciellt material eller komplicerad struktur. När sexkantiga kluster bildas genom att justera positionerna för nanoroder, elektromagnetiska lägen som bär spinn, som konventionellt är specifik för elektroner, dyka upp. Som ett resultat, MANA -forskarna klargjorde teoretiskt att en fotonisk kristall uppvisar topologiska egenskaper när separationen mellan sexkantiga kluster minskas från den hos bikakegitteret.
Eftersom denna nya egenskap hos en fotonisk kristall kan erhållas även med halvledare som silikon och/eller GaN ensam, olika nya funktioner förväntas genom integrering av informationsbehandlingsfunktioner som uppnås av den väletablerade halvledarelektroniken och de utmärkta topologiska egenskaperna hos elektromagnetiska vågor.
